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工业4.0:即将来袭的第四次工业革命

2015年09月15日 08:57中国机床商务网点击:5526

  【中国机床商务网 国内新闻】2013年4月,德国颁布了《关于实施工业4.0战略的建议》白皮书,标志着工业4.0的概念正式诞生。这一概念此后迅速席卷全球,并成为我国的热门话题。
  
  《工业4.0:即将来袭的第四次工业革命》一书,由德国多位资深业界人士合著,对技术问题进行了较为深入的探讨,有较高的权威性和参考价值,但该书的概括性很强,技术涉及较浅,导致了很多争议。要理解这本书,就要了解更多的背景。
  
  工业4.0的特征,是将信息物理系统(CPS:CyberPhysicalSystem,又译赛博物理系统)用于生产、营销、研发、服务等各个方面,全面深入地推进智能化。CPS是由信息系统和物理系统深度融合而成的,可智能化地应对系统内外部状态与环境的变化。在工业4.0时代,典型的常规生产将无人值守,设备自主协调运转,生产定制化的产品。这样,工人就能从一线的生产劳动中解脱出来,转而从事维护、创新、优化、服务等技术含量高的工作并创造更高的价值,那时他们不仅收入更高,也会更自由。所以,工业4.0不仅会带来技术进步,也为人类社会勾勒出更加美好的未来。
 
图片来自百度  
 
  互联网是推动工业4.0的东风
  
  在技术革命的过程中,技术进步不是孤立事件:某个关键技术的出现,就像倒下一块多米诺骨牌,会引发一系列的创新和变革。关键技术之所以重要,是因为它能为其他技术的诞生创造条件、提供平台,直接或间接地促进其他技术的发展。所以,认识技术革命,不仅要重视关键技术本身,更要理解技术间的关联,才能看到技术发展的全貌和逻辑。在这样的视野下,我们可以看看前三次工业革命的历程。
  
  第一次工业革命是蒸汽机催生的。它解决了机械动力问题,为纺织、运输、冶金等行业的机器化生产奠定了基础;机器的广泛使用又进一步带动了机械制造、材料技术的发展,进而引发了内燃机、电动机的产生,为第二次技术革命铺平道路。
  
  在第二次工业革命中,电气设备得到了广泛的应用。在这场革命中,流水线起到了关键的作用。流水线的建设思路,是将复杂的生产过程分解为简单、标准的动作。由于这些动作恰好适合机器完成,就为电气设备的广泛应用搭建了平台、开拓了空间,并为控制技术的发展以及自动化产线的诞生奠定了基础。
  
  第三次工业革命是信息技术推动的。PLC、DSC等控制设备的应用,提升了生产效率和加工精度,还带动了机器人、自动化生产线等工具的产生。在数控机床内部和自动化的流水线上,机器几乎代替了所有的体力劳动,把操作工变成了“控制单元”:通过电话、按钮、计算机来收集、处理和发送信息。这时,就来到了工业4.0的门槛上。
  
  推进工业4.0,只关注技术逻辑是不够的。无人工厂是工业4.0的终极目标之一。但是,最初的无人工厂早在1984年就诞生了,但却没有被企业界采纳。为了避免重蹈覆辙,还要理解背后的原因。先进技术能否被企业采用,本质上取决于经济因素。例如,国内机器人的使用量很少,因为劳动力成本低,采用机器人不合算。过去建无人工厂,经济上往往不合算。要实现自动化,要把生产过程拆分成适合机器自动完成的简单动作;生产越复杂,拆出的环节就越多、投资就越大、经济性就越差。同时,这种产线往往缺乏柔性,只能生产相对固定的产品,难以适应市场的变化。可喜的是,随着工业机器人、数控机床、PLC等智能设备的发展,现在建设全自动产线的复杂度和成本逐渐降低,无人工厂逐渐逼近经济可行的门槛。
  
  在生产过剩的年代,经济增长要依靠更好的服务,工业4.0推崇个性化定制就是这个原因。但要实现个性化定制,仅改变工厂是不够的,如何得知用户需求?设计成本和效率如何?如何获得后续服务?部件质量和交货期能否保证、采购成本如何?应对这些空前的挑战,必须依靠互联网,将用户、研发、服务、销售、供应商联系在一起,形成全新的价值网络,就可更经济地解决这些问题。
  
  所以,推动工业4.0的“东风”其实是互联网。如果把CPS比喻成火车头,互联网就是铁路:有了互联网,CPS的作用才能发挥出来;用“火车”运送“服务”就具有了经济性。事实上,人类在几十年前就开始使用CPS,重视服务也不是最近的观念。但只有在互联网高度发达的今天,“服务”才能更好地落地,CPS的开发和应用才变成“木桶的短边”,成为第四次工业革命的关键技术。
  
  中国与工业4.0
  
  工业4.0将是个漫长的演进过程。要保持冷静的头脑,防止拔苗助长。
  
  把握规律,就要遵循技术发展的逻辑。例如,4.0是从3.0进化来的;体力劳动由机器完成、操作工成为“控制单元”时,无人工厂建设就比较容易;反之,就要进行改造。
  
  推进工业4.0,要学会算经济账。要估算劳动力成本、设备和软件成本;要分析维护费用和能耗是否变化、研发和制造效率能否提高等。推进工业4.0需要结合行业特征:规模大、附加值高、产品结构稳定、自动化水平高的行业的经济性往往更好,容易成为突破口。
  
  要提高经济性,就要充分利用互联网,加强与用户的联系,用服务来放大产品的价值;要推进数字化研发和服务,还要重视组织和商业模式的创新。
  
  我国重视工业4.0,不仅是为了追上国际趋势,还有深刻的社会原因:在2022年开始的10年中,我国劳动力总人口要减少一亿左右。这是严峻的挑战,但也为企业转型发展提供了驱动力。
  
  在全球化的时代,设备、软件都能买到,成功的关键在人。智能工厂的设计和运作,需要高素质的管理和技术人才、认真敬业的态度和科学的方法。
(来源:光明日报)

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